据物理学家组织网、《自然》网站等媒体9月23日报道，一个由美国明尼苏达州罗彻斯特市梅奥诊所研究人员领导的国际研究小组，开发出一种高效的基因组改编方法，可对斑马鱼基因组进行精确定位的剪切替换，用于各种研究目的。该研究首次实现了对斑马鱼基因组分的自定义修改，帮生物医学家克服了鱼类不能作为人类疾病模型的障碍。相关论文发表在今天的《自然》杂志网站上。

 

在脊椎动物生物学和人类疾病研究中，斑马鱼是主要实验对象。它们透明、体外受精、生殖周期短、生长迅速，这些特点让人们能密切跟踪其活体胚胎发育，研究其基因表达和功能。但在定位基因修改方面，却效率不高。

 

研究人员用一种人工改良的酶TALENs（人工转录激活因子样感受器核酸酶），瞄准一段基因序列的目标位置，切下该处DNA片断，用人工DNA来替换。在研究人员所插入的人工序列中，其中一段还有一个基因开关，能立刻打开或鱼成熟后才打开，以检验该基因在早期发育和后期生命中的作用。

 

“利用这种TALENs基因设计工具和合成DNA，能让鱼的基因组产生明确改变。我们能做出仅有几个核苷酸的小改动，也能在生物基因开关程序中增加特殊序列。”论文高级作者、领导该研究的梅奥诊所分子生物学家斯蒂芬·埃克说，“这是首次我们能对斑马鱼基因组进行自定义修改。”

 

伦敦大学学院发育生物学就詹森·里海尔说：“这种直接修改原有基因序列的能力，让我们能精确控制相关基因，为复杂疾病造出斑马鱼模型。”

 

此前也有研究用ZFNs（锌手指核酸酶）、吗啉代（一种基因调控分子）和TALENs对活动物基因组进行过定位修改，而埃克和同事首次将人工TALENs用于活斑马鱼幼鱼的基因组改编。相比之下，TALENs比ZFNs和吗啉代有更多优势：TALENs更加便宜高效；ZFNs只能瞄准特殊序列，而TALENs有能力瞄准任意DNA序列；吗啉代的功效是暂时性的，TALENs能做出永久性修改，用其做诱导变异分析可以更快，在某些实验中，他们发现对幼鱼注射后立刻就能看到效果。

 

“据我们所知，这种TALENs工具包也是迄今为止最为活跃的，这对扩大TALENs的应用领域非常重要。”埃克说，该技术还能用在其他生物体中，在干细胞研究中也有应用前景。“虽然我们的研究集中在斑马鱼，在其他模型系统如大鼠、小鼠、苍蝇和蠕虫中，该方法也有显著影响。”